CN102365782B - 电池组的制造方法 - Google Patents
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Abstract
首先，制造单电池(1)(S01)。然后，在检查单电池(1)(S02)后，将各单电池(1)调整为SOC为40％(S03)。然后，将该单电池层(1)组装而形成堆叠体(90)(S04)。然后，在该堆叠体(90)的状态下，将构成该堆叠体(90)的多个单电池(1)通过一起放电调整为SOC为30％(S05)。在该一起放电中，在堆叠体(90)的状态下，将多个单电池(1)一起放电，所以各单电池(1)的放电条件(设备、时间、环境等)相同。
Description
技术领域
本发明涉及具有多个单电池的电池组的制造方法。
背景技术
近年来，锂离子电池等二次电池不但在以便携式个人计算机(PC)和/或便携式电话机为代表的电子设备中，也作为混合动力车和/或电动汽车等车辆用电源而备受瞩目。在该锂离子电池等二次电池中，将多个单电池(电池单元)串联连接，设为电池组，从而得到所希望的输出电压。
为了使电池组发挥适当性能，构成电池组的各单电池必须正常。因此，在组装为电池组之前，先进行各单电池的检查。对于检查结束的单电池，考虑到保管和/或出厂时的安全方面，通过放电将其充电率(SOC：State ofCharge)调整为接近使用最小％的值。
图11表示以往的电池组的制造工序。首先，制造单电池(S11)。然后，将各单电池调整为预定的SOC，进行单电池单体的检查(S12)。对于检查结束的单电池，实施放电，进行调整，使得SOC变为使用最小％(在本实施方式中设为30％)(S13)。然后，将放电后的各单电池层叠起来形成堆叠体(S14)。然后，通过将构成堆叠体的各单电池电串联连接而形成电池组(S16)。
另外，在形成堆叠体之后，进一步检查构成堆叠体的各单电池的技术众所周知。例如，在专利文献1所公开的电池组的制造方法中，首先，在单电池单体的状态下，将各单电池的SOC调整为小于使用最小％而检查各单电池。然后，对检查结束的单电池进行组装，对于组装后的各单电池进行充电直到SOC变为使用中间值为止，在该状态下再次检查各单电池。然后，在成为电池组的状态下进行检查。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2006-324163号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在以往的电池组的制造方法中，存在下面的问题。即，放电后的单电池由于单电池的个体差(内部电阻差)、放电设备的不同、温度湿度等环境的不同、从实施放电开始的经过时间的不同等，导致放电后的电压产生偏差。单电池的电压偏差成为使电池组的性能恶化的主要原因之一。
另外，如专利文献1所示，通过在组装单电池后将所有的单电池在相同条件(设备、环境、时间等)下充电，能够期待减小放电后电压的偏差。但是，填充需要电源，装置本身变得高价。另外，将构成堆叠体的各单电池在高SOC状态下保管或者出厂，在安全方面，不优选。
本发明是为了解决上述的以往技术存在的问题点而进行的。即，其课题在于提供安全地抑制构成电池组的各单电池的电压偏差的电池组的制造方法。
用于解决该问题的技术方案
以该课题的解决为目的而进行的电池组的制造方法，是具有多个单电池的电池组的制造方法，其特征在于，包括：对单电池进行调整使得其充电率变为第1充电率的第1调整步骤；组装充电率已被调整为所述第1充电率的多个单电池，形成各单电池未电连接的堆叠体的组装步骤；和对构成堆叠体的至少2个单电池一起进行放电，使得充电率变为比第1充电率低的第2充电率的第2调整步骤。
在上述电池组的制造方法中，暂时将单电池调整为第1充电率，然后组装调整后的单电池而形成堆叠体。然后，在该堆叠体的状态下，将构成该堆叠体的多个单电池通过一起放电调整为第2充电率。通过这样在堆叠体的状态下对多个单电池一起放电，使得构成堆叠体的各单电池的放电条件(设备、时间、环境等)变为同一条件。因此，构成堆叠体的各单电池的电压偏差变小。另外，在本发明中，通过放电使单电池的电压一致，所以在构成堆叠体后的设备中，不需要充电时所需要的电源。另外，各单电池以比第1充电率低的第2充电率一致，保管和/或出厂时比较安全。
另外，在上述的制造方法的第2调整步骤中，优选，对构成堆叠体的所有单电池一起进行放电，使得充电率变为第2充电率。在电池组中，对所有单电池一起进行放电，从使所有单电池的电压一致的意义上来看，优选。
另外，上述的制造方法中的第2充电率，优选为单电池的使用最小限度的值。即，在安全方面，最优选，作为一起放电后的充电率的第2充电率为使用最小限度的值。另外，这里所说的使用最小限度的值(使用最小％)不必是严密的，即便是比使用最小％大的值，但只要是接近使用最小％的值即可。例如，考虑到电压由于自然放电等而降低，也可以设为比使用最小％稍大的值。
另外，由在上述的制造方法中的第2调整步骤中的放电所产生的电压变化量，比各单电池放电前的电压偏差量大。通过使一起放电的电压变化量比放电前的电压偏差量大，能够期待有效降低电压偏差。另外，优选，由在第2调整步骤中的放电所产生的电压变化量，比再加上从通过组装步骤形成了堆叠体的时刻开始的电压变化量而得的值大。另外，优选，由在第2调整步骤中的放电所产生的电压变化量，比再加上各单电池一起放电后的电压偏差量而得的值大。
发明的效果
根据本发明，能够实现安全地抑制了构成电池组的各单电池的电压偏差的电池组的制造方法。
附图说明
图1是实施方式中的电池组的立体图。
图2是实施方式中的单电池的立体图。
图3是表示实施方式中的单电池的充电率(SOC)与电压的关系的图表。
图4是表示实施方式中的电池组的制造步骤的图。
图5是实施方式中的堆叠体的立体图。
图6是表示实施方式中的单电池的放电后的电压推移的图。
图7是表示实施方式中的电池组的正常使用范围的图。
图8是实施方式中的放电装置的概略结构图。
图9是实施方式中的放电装置的触点的周边的概略结构图。
图10是表示实施方式中的单电池群的实施放电所导致的电压的推移的图表。
图11是表示以往实施方式中的电池组的制造步骤的图。
具体实施方式
下面，对于将本发明具体化的实施方式，一边参照附图一边详细进行说明。另外，本实施方式将本发明应用于车载于混合动力汽车等的锂离子电池组的制造方法。
[电池组的结构]
首先，对于本实施方式的电池组100，一边参照图1一边进行说明。本实施方式的电池组100具有：多个单电池1和作为金属板的2块端板(第1端板12、第2端板13)。
第1端板12以及第2端板13配置在电池组100中的多个单电池1的层叠方向(图1中的箭头D1方向)的两端侧，抑制各单电池1的层叠方向的尺寸变化。例如，第1端板12以及第2端板13，使用多个在层叠方向D1上插通端板12、13自身的未图示的柱状螺栓，通过以预定的压力夹持在层叠方向D1上层叠了的单电池1以抑制其尺寸变化。
另外，电池组100中，在层叠方向D1上成列设置有2列从第1端板12到第2端板13为止层叠有单电池1而成的电池群。另外，将相邻的单电池1、1通过铜制的总线(将连接在单电池1的层叠方向D1上相邻的单电池1、1的槽型的总线设为“总线50”，将连接在电池群的成列设置方向D2上相邻的单电池1、1的平板的总线设为“总线51”)互相串联连接。
[单电池的结构]
接下来，一边参照图2一边对构成本实施方式的电池组100的单电池1进行说明。单电池1锂离子二次电池具备：具有都是带状的正电极板2、负电极板3与隔片4，使正电极板2、负电极板3与隔片4重合并卷绕而成的发电元件10；和在内部收纳该发电元件10的电池壳体8。
发电元件10中，正电极板2在带状的铝箔的两面担载有未图示的正极活性物质层。在该正极活性物质层中，包含例如正极活性物质的镍酸锂(LiNiO2)、导电剂的乙炔炭黑以及粘接剂的聚四氟乙烯(PTFE)、羟甲基纤维素(CMC)。另外，负电极板3在带状的铜箔的两面担载有未图示的负极活性物质层。在该负极活性物质层中，包含例如石墨以及粘接剂。另外，未图示的电解液是在将碳酸乙烯酯(EC)与碳酸甲乙酯(EMC)调整为体积比为EC∶EMC＝3∶7的混合有机溶剂中作为溶质添加6氟化磷酸锂(LiPF6)、并将锂离子设为1mol/l浓度而成的有机电解液。另外，在正电极板2、正极活性物质、负电极板3、负极活性物质、电解液中利用的物质只是一例，只要适当选择一般在锂离子电池中利用的物质即可。
单电池1的电池壳体8具有都是铝制的电池壳体主体81以及封口盖88。在电池壳体8与发电元件10之间，存在绝缘膜等绝缘构件(未图示)，相互绝缘。封口盖88将电池壳体主体81的开口封闭，焊接于电池壳体主体81。另外，在封口盖88上，贯通有与发电元件10连接的正极集电构件21以及负极集电构件31中的分别位于顶端的正极端子部21A以及负极端子部31A，在图2中，从封口盖88突出。在这些正极端子部21A以及负极端子部31A与封口盖88之间，分别存在由绝缘性的树脂构成的绝缘构件89，相互绝缘。进而，在该封口盖88上还密封有安全阀87。
图3是表示作为锂离子二次电池的单电池1的充电率(SOC)与电压的关系。单电池1在SOC为30％至60％的范围内，电压值的变化较小，维持大致一定的电压值(在本实施方式中约为3.6V)。另一方面，若SOC变为比30％低的状态(过放电状态)，则电压值急剧下降，不能得到必要的电池输出。进而，若放任SOC为30％以下的过放电状态时，则正极侧的钴和/或负极侧的铜开始溶出，作为二次电池的功能显著下降。另外，若SOC变为比60％高的状态(过充电状态)，则电压值急剧上升，电池输出变得不稳定。即，不优选SOC变得比30％低的过放电也不优选SOC变为60％以上的过充电。因此，单电池1确定了SOC的使用最小值(在本实施方式中为30％)与使用最大值(在本实施方式中为60％)，在使用时将SOC控制为该范围内。
[电池组的制造步骤]
接下来，一边参照图4一边对电池组100的制造步骤进行说明。
首先，制造单电池1(S01)。然后，进行单电池1的检查(S02)。在单电池1的检查中，例如，将SOC调整为使用范围的中间值(在本实施方式中为45％)而实施检查。在S01中的制造以及在S02中的检查，利用公知的技术即可。
S02的单电池1的检查后，通过放电将各单电池1调整为SOC为40％(S03)。然后，将放电后的各单电池层1组装为堆叠体(S04)。图5表示S04中的单电池1的组装后的堆叠体90。堆叠体90未利用总线50、51进行各单电池1的连接(参照图1)，各单电池1未电连接。
当计测作为堆叠体90而组装后的各单电池1的电压时，其电压值存在偏差。关于电压值偏差的原因可以考虑有几个。在这里，一边参照图6的图表一边对电压值偏差的原因进行说明。图6表示单电池1的放电后的电压推移。当通过放电装置实施放电时，单电池1的电压值下降。然后，当放电结束而单电池1的正极端子部21A以及负极端子部31A从放电装置的触点离开时，放电装置的布线电阻等电阻消失，单电池1的电压值上升。然后，稳定在预定的电压值。然后，随着时间经过，电压值由于自然放电而缓慢下降。
作为单电池1的放电后电压的偏差的原因，例如，具有从放电结束开始的经过时间。若经过时间不同，则电压下降量不同。即，即使在具有相同内部电阻的电池利用相同设备进行了放电，由于从放电结束开始的经过时间的不同，电压值会产生或多或少的偏差(图6中的个体A的测定时间a1与测定时间a2)。另外，例如放电设备不同(布线电阻不同等)、环境不同(温度、湿度不同等)也是电压偏差的原因。
另外，就单电池1而言，存在内部电阻的个体差。若内部电阻不同，则从V＝IR的关系出发，电压值也不同。即，即使利用相同设备在相同时间放电，也会不可避免地产生电压的偏差(在图6中的测定时间a0的个体A与个体B)。
上述的构成堆叠体90的各单电池1的电压偏差可能导致电池组100的性能下降和/或寿命下降。例如，控制电池组100，使得各单电池1的SOC为使用范围内。图7表示单电池1的电压偏差较小的电池组(组A)与电压偏差较大的电池组(组B)的控制范围。图7中的图表示构成电池组的单电池的电压偏差的范围。当要使电池组A在控制范围内工作时，组Amax的位置最大，组Amin的位置最小。另一方面，当要使电池组B在控制范围内工作时，组Bmax的位置最大，组Bmin的位置最小。在使电池组A以及电池组B在SOC的使用范围内工作时，如图7所示，电池组B与电池组A相比，自由度较窄(DB＜DA)。因此，为了将SOC设为使用范围内，必须频繁进行充电或放电，控制变得复杂同时劣化的进行变快。
返回到图4的电池组的说明，在S04的堆叠体90的形成后，对构成该堆叠体90的各单电池1，通过放电进行调整使得SOC从40％变为30％(S05)。即，在同一设备、同一环境、同一时间，通过放电将所有的单电池1调整为同一SOC。由此，使构成堆叠体90的各单电池1的电压一致。
在这里，对进行堆叠体90的一起放电的放电装置进行说明。本实施方式的放电装置60如图8所示，具备：载置工件90(堆叠体90的)的工件台61；从工件台61的上表面(载置工件90的面)突出的肋62；将载置于工件台61上的工件60向肋62侧挤压而固定工件90的挤压构件63；和等间隔成列配置有多个接触部65、设置得在图8中的上下方向、左右方向、进深方向上移动自如的触点台64A、64B。
具体地说，触点台64A、64B，在挤压构件63的挤压方向(图8中的左右方向，下面，将挤压构件63侧设为“左侧”，将肋62侧设为“右侧”)的左侧配置有触点台64A，在右侧配置有触点台64B。另外，触点台64A、64B使接触部65从下表面突出，将该接触部65配置在与工件90的端子部91(正极端子部21A、负极端子部31A)相对的位置。而且，触点台64A的左侧端的接触部65a定位为，左右方向以及进深方向的位置与工件90的左侧端的单电池1的端子部91a一致。另一方面，触点台64B的右侧端的接触部65b定位为，左右方向以及进深方向的位置与工件90的右侧端的单电池1的端子部91b一致。
通过这样分割为多个触点台，与不分割的触点台相比较，具有下面的优点。即，当利用不分割的触点台时，堆叠体90的层叠方向D1的长度的偏差的影响变大。例如，当在不分割的触点台中将右侧端的端子部91b设为基准位置时，到距该基准位置最远的左侧端的端子部91a的距离变长。因此，当堆叠长度的偏差较大时，与各端子部91的对位变得困难。另一方面，在如本实施方式所示的分割的触点台中，到距基准位置最远的端子部91的距离变得比不分割的触点台短。因此，与端子部91的对位变得容易，能够期待避免接触不良。
另外，各接触部65如图9所示，将触点67收纳于圆筒形状的导向部66。导向部66的与工件90相对一侧的端部开口，其开口直径被设计为能够收纳工件90的端子部91的尺寸。工件90的端子部91由导向部66导向，能够顺畅地与放电装置的触点67连接。
返回到图4的电池组的说明，在S05的一起放电后，通过总线50以及51将各单电池1电串联连接，由此形成电池组100(S06)。另外，S06的单电池1的串联连接可以是S05的一起放电之后，也可以是出厂之前，也可以是车载之前进行。
在本实施方式的电池组100的制造方法中，在进行了按单电池1单体的放电(S03的放电。下面，设为“组装前放电”)后，在将各单电池1组装后也进行放电(S05的放电。下面，设为“一起放电”)。通过该一起放电调整的SOC成为使用范围内的使用最小％。另外，使用最小％不必是严密的，即便是比使用最小％大的值、只要是接近使用最小％的值即可。例如，考虑到电压由于自然放电等降低，也可以将SOC调节为比使用最小％稍大的值。
[SOC的设定例]
接下来，对于SOC的设定例进行说明。组装前放电后的目标SOC(或者电压值)是以一起放电后的目标SOC(或者电压值)为基准确定的。具体地说，因一起放电而变动的电压值(一起放电的放电量)设定为，比组装前放电后的电压的偏差量X、一起放电后的电压的偏差量Y(＜X)与伴随着从组装前放电到一起放电为止的经过时间由于自然放电而变动的电压值Z的合计值(X+Y+Z)大。
例如，在本实施方式的电池组中，设为：作为使用最小％的SOC30％的电压为3.500V，组装前放电后的电压的偏差量X为±0.025V，一起放电后的电压的偏差量Y为0.005V，伴随着从组装前放电到一起放电为止的经过时间由于自然放电而变动的电压值Z为0.010V。在该情况下，合计值(X+Y+Z)为0.070V。因此，只要将组装前放电后的电压设定为3.570V以上即可。在本实施方式中，将组装前放电后的目标值设为3.600V(换算为SOC为40％)。
图10例示了实施了组装前放电以及一起放电的情况下的单电池1的电压的偏差的推移。图10中的(A)表示刚将电池组1组装作为堆叠体90之后的电压偏差。在该阶段，各单电池1的SOC为40％，其电压偏差为±0.025V。组装后，放置20天的时间，实施各单电池1的自然放电。图10中的(B)表示经过20天的时间后、即将一起放电前的各单电池1的电压偏差。通过该自然放电，各单电池1的电压下降0.010V左右。然后，实施一起放电到SOC变为30％为止。图10中的(C)表示刚刚一起放电之后的各单电池1的电压偏差。通过该一起放电，使得单电池1的电压偏差缩小，减少到0.005V的电压偏差为止。
如上面所详细说明，在本实施方式的电池组100的制造方法中，暂时将单电池1调整为SOC40％(第1充电率的一例)，然后将该SOC为40％的单电池1组装而形成堆叠体90。在该阶段的各单电池1的电压偏差较大。然后，在该堆叠体90的状态下，将构成该堆叠体90的多个单电池1通过一起放电调整为SOC为30％(第2充电率的一例)。在堆叠体90的状态下，通过对多个单电池1一起放电，使得各单电池1的放电条件(设备、时间、环境等)变为同一条件。因此，构成堆叠体90的各单电池1的电压偏差变小。另外，在本实施方式中，通过放电使单电池1的电压一致，所以不需要充电时所需要的电源。另外，一起放电后的各单电池1按使用最小％的SOC一致，保管和/或出厂时比较安全。
另外，本实施方式只不过是单纯例示，并不是限定本发明。因此本发明当然能够在不脱离其宗旨的范围内进行各种改良、变形。例如，在实施方式中，在锂离子电池中应用本发明，但电池的种类并不限定于此。即，所谓本发明中的单电池，只要是能够充电以及放电的二次电池即可，也能够应用于镍氢电池、镍镉电池等。另外，并不限定于车载用的电池组，也可以是例如家电产品用的电池组。
另外，在实施方式中，通过放电进行S03的组装前的单电池1单体的SOC的调整，但只要能够将单电池1的SOC调整为预定值即可，也可以适当进行充电。
另外，在实施方式中，将组装前放电后的SOC(第1充电率)设为40％，将一起放电后的SOC(第2充电率)设为30％，但SOC值并不限定于此，能够根据单电池1的结构适当设定。另外，如果考虑安全方面，则优选将第1充电率设为使用SOC的范围的中间值以下。
另外，在实施方式中，将构成堆叠体90(电池组100)的所有的单电池1一起放电，但也可以分成多个组进行放电。即，通过将至少2个单电池1一起放电，对于这些单电池1使电压值一致。当然，将所有的单电池1一起放电，在使电池组100内的单电池1的电压一致方面，优选。
符号说明
1：单电池
2：正电极板
3：负电极板
50、51：总线
10：发电元件
90：堆叠体
100：电池组
Claims (7)
1.一种电池组的制造方法，该电池组具有多个单电池，该电池组的制造方法的特征在于，包括：
对单电池进行调整使得其充电率变为第1充电率的第1调整步骤；
组装充电率已被调整为所述第1充电率的多个单电池，形成各单电池未电连接的堆叠体的组装步骤；和
对构成所述堆叠体的至少2个单电池在将各单电池电串联连接形成电池组之前一起进行放电，使得充电率变为比所述第1充电率低的第2充电率的第2调整步骤。
2.如权利要求1所述的电池组的制造方法，其特征在于：
在所述第2调整步骤中，对构成所述堆叠体的所有单电池一起进行放电，使得充电率变为所述第2充电率。
3.如权利要求1所述的电池组的制造方法，其特征在于：
所述第2充电率是所述单电池的使用最小限度的值。
4.如权利要求2所述的电池组的制造方法，其特征在于：
所述第2充电率是所述单电池的使用最小限度的值。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的电池组的制造方法，其特征在于：
由在所述第2调整步骤中的放电所产生的电压变化量比各单电池放电前的电压偏差量大。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的电池组的制造方法，其特征在于：
由在所述第2调整步骤中的放电所产生的电压变化量比在各单电池放电前的电压偏差量上加上从通过所述组装步骤形成了所述堆叠体的时刻开始的电压变化量而得的值大。
7.如权利要求1至4中的任一项所述的电池组的制造方法，其特征在于：
由在所述第2调整步骤中的放电所产生的电压变化量比在各单电池放电前的电压偏差量以及从通过所述组装步骤形成了所述堆叠体的时刻开始的电压变化量上加上各单电池一起放电后的电压偏差量而得的值大。
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